专利名称：具有集成的磁阻式步进电机的滚动轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的滚动轴承。
背景技术：
在滚动轴承的实践中公知如下要求即使支承在滚动轴承中的轴不承受负载，特别是不承受转矩时，仍要避免滚动轴承停顿。也就是说，如果停顿的轴承受短暂出现的转矩，那么在停顿的滚动轴承中出现滑转(Schlupf)，这是因为滚动轴承的组件，尤其是滚动体和轴承环，承受非常高的相互加速。在滚动轴承突然加速的情况下出现的滑转导致滚动轴承被损坏并且明显降低其使用寿命。作为对此的对应措施，可以设置的是，为滚动轴承配有电动驱动装置，所述电动驱动装置即使针对没有力作用于支承在滚动轴承中的轴上的情况，仍确保例如滚动轴承的两个轴承环的相对运动，从而使滚动轴承并进而使轴保持运动。 如果带有转矩的力突然作用于运动的轴上，那么所述轴仅仅承受比从静止状态加速的轴更小的加速度。另外在滚动轴承中出现较小的力，或者，滑转可以被抑制，从而使滚动轴承获得延长的使用寿命。上述情况例如出现在轧钢厂的线材生产中，其中用于制造线材的板坯以很高的速度射入(einschieiien)线材导辊中，从而使线材导辊或者其滚动轴承承受很高的加速度。 当板坯射入停顿的线材导辊中时，线材导辊的滚动轴承的速度变化特别高，从而在线材导辊的滚动轴承中出现伴随着很大程度滑转的、非常大的力。但是，如果在没有导入板坯时通过滚动轴承使线材导辊保持转动，并且使板坯进入所述线材导辊，那么导致在滚动轴承中出现较小的速度变化，所述滚动轴承也必然接收较小的力。由现有技术公知磁阻式步进电机的原理。在此充分利用的是，可移动的、可磁化的体以如下方式布置在磁路中，即，使磁阻最小化。特别是，磁体在第一极靴的第一磁场中以如下方式取向，即，所述磁体力争达到平衡位置，在所述平衡位置中，第一磁场穿过磁体的通量是最大的。如果设置有与第一磁场相邻的第二磁场，并且磁体越过关于第一磁场的平衡位置摆动出去，那么磁体可进入到第二磁场中。通过适当地使相邻的磁场极化，可促使磁体移动，从而可以构成驱动装置。当根据磁阻式步进电机的类型为轴配有电动驱动装置时， 尤其可以促使轴转动或者使轴保持转动。DE 103 59 856A1描述了一种三相磁阻式步进电机，其定子与轴承容纳部抗相对转动地(drehfest)布置，而其转子与轴抗相对转动地布置。定子和转子分别借助于两个轴向间隔开的滚动轴承得以支承，其中，两个滚动轴承的相应外圈布置在轴承容纳部上，而滚动轴承的相应内圈布置在轴上。磁阻式步进电机的定子和转子布置在所述两个滚动轴承之外并且在结构上与滚动轴承的轴承环分开地布置，其中，磁阻式步进电机的轴向延伸部明显大于所述两个滚动轴承之一的相应的轴向延伸部。此外，所述磁阻式步进电机的径向延伸部为所述两个滚动轴承之一的径向延伸部的直至1. 3倍。JP 2003309946AA (摘要)描述了一种构成为滚针轴承的滚动轴承，所述滚动轴承具有构成为第一轴承环的外圈和构成为滚针的中间元件，所述中间元件直接在轴的外罩面上滚动。滚动轴承包括具有定子和转子的磁阻式步进电机。为了容纳定子，外圈在轴向上明显加长，从而形成定子区段，其轴向延伸部大于滚针的轴向延伸部。轴构成为转子，其外罩面在与定子区段对置的区域中具有适当的涂层，其轴向延伸部大于滚针的轴向延伸部。为了构成磁阻式步进电机，滚动轴承的轴向延伸部明显加长。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有磁阻式步进电机的滚动轴承，所述滚动轴承仅需要进行很小的结构上的改变。针对开头所提及的滚动轴承，该目的根据本发明通过如下方式来实现，即，定子由至少一个极靴构成，所述至少一个极靴布置在两个轴承环之间并且其磁场能够以电的方式加以操控，以及中间元件构成为磁阻式步进电机的转子。至少一个极靴在两个轴承环之间的布置不需要改变滚动轴承的外部尺寸，尤其是不需要在轴向方向上加长滚动轴承。因为在滚动轴承中在两个轴承环之间本来就存在中间元件，所以不需要构成为转子的其他构件。尤其是，滚动轴承的外部尺寸可以保持不变。有利地，至少一个极靴布置在支撑环上，所述支撑环固定在两个轴承环之一上。一个极靴或者多个极靴可以借助于支撑环事后安装在已经存在的滚动轴承上，或者根据需要去除。尤其是，支撑环可以包括环状弹性区段，所述环状弹性区段例如以如下方式固定在两个轴承环之一上，即，所述环状弹性区段被弹压(einfedern)到两个轴承环之一的向内指向的罩面上的沟槽中，并且在该沟槽中，要么由于弹性压力而被夹在弹性区段与沟槽底之间，要么在沟槽中借助于另外的固定机构在需要时附加地加以固定。借助于所述支撑环，可以使极靴位置正确地，尤其是可重复实现地，相对于中间元件定位。可以将滚动体设置成构成为磁阻式步进电机的转子的中间元件，尤其是当滚动体由如下材料制成时，所述材料具有如下磁导率，所述磁导率明显高于滚动轴承的内部空间中的滚动体的周围环境的磁导率，例如具有明显高于空气或者真空的磁导率的一种磁导率。可以将多个滚动体中的所有滚动体或者仅个别滚动体设置为磁阻式步进电机的转子； 尤其是针对如下情况，即，所有滚动体由如下材料制成，所述材料的磁导率仅仅略微大于滚动体的周围环境的磁导率，可以设置的是，滚动体中的一些滚动体由另外的滚动体来替换， 所述另外的滚动体的磁导率明显高于剩余的滚动体的磁导率以及明显高于滚动体的周围环境的磁导率。对于滚动体构成为磁阻式步进电机的转子的构造方式来说，可供选择地或者补充地可以设置的是，中间元件是用于滚动体的保持架，并且所述保持架区段式地具有由尤其是软磁材料制成的区域。例如，由具有与空气的磁导率接近的磁导率的黄铜制成的保持架通过如下方式构成为磁阻式步进电机的转子，即，在黄铜保持架的主体的区段上固定有由例如软磁性材料制成的切片(Zuschnitt)，其中，所述切片在空间上彼此分开地布置在黄铜保持架的主体上并且具有如下构型，即，所述切片如此程度地突出于黄铜保持架的主体的边界，即，当所述保持架经过定子的极靴对时，所述切片靠近定子的极靴，尤其是可以布置在定子的该极靴对的两个对置的极靴之间。对于中间元件构成为滚动体或者构成为用于滚动体的保持架的尤其是软磁性区段的构造方式来说，可供选择的是，在中间元件的构造方式方面可以设置中间元件构成为由尤其是软磁性材料制成的、松动的(lose)间隔体，所述间隔体使相邻的滚动体保持间隔开。优选地，至少两个极靴成对地彼此对置地布置在两个轴承环中的至少一个轴承环上，从而将关于滚道对称的、在轴承环的周向上作用的力施加到中间元件上。优选地，两个轴承环彼此预紧(vorsparmen)，从而可以将从定子直接传递到转子上的驱动力矩传递到另外的、不承载定子的轴承环上并且也可以间接地继续传递到所支承的轴上。两个轴承环能够以已经彼此预紧的方式来装入；对此可供选择的是，当滚动轴承承受负载时，预紧作用(Vorspanrumg)可能只有在滚动轴承运行时才出现。优选地，设置有两个或者多个极靴。当然，定子同样可以由唯一的极靴构成。该唯一的极靴可以例如布置在滚动轴承的轴承环上或者布置在固定在所述轴承环上的支撑环上。以如下方式来操控所述唯一的极靴，即，所述唯一的极靴吸引靠近所述唯一的极靴的第一滚动体，其中，当所述第一滚动体经过所述极靴时，磁场关闭，从而使第一滚动体由于其惯性经过所述唯一的极靴。然后，又以如下方式来操控所述唯一的极靴，即，使所述唯一的极靴吸引跟随第一滚动体的第二滚动体，直到所述第二滚动体经过所述唯一的极靴。通过这种方式，各个滚动体通过所述唯一的极靴来加速。闭合的磁路在这种情况下由轴承环或者支撑环、唯一的极靴、滚动体以及轴承环或者支撑环形成。易于理解的是，唯一的极靴，代替使各个滚动体加速，也可以在保持架的周向上使保持架的本体的彼此跟随的区段加速并进而可以整个地驱动保持架。本发明的其他优点和特征由从属权利要求以及下面对本发明的优选实施例的描述得知。
下面参考附图对本发明进行进一步说明和描述。图1示出根据本发明的滚动轴承的第一实施例的轴承环的示意性俯视图，图2示出在图1中所示的第一实施例的变型方案的示意性横截面图，图3示出根据本发明的滚动轴承的第二实施例的示意性横截面图。
具体实施例方式图1示出滚动轴承的第一轴承环1，在该滚动轴承的滚道2上滚动的是构成为滚动体3的中间元件，所述中间元件将轴承环1与未示出的第二轴承环间隔开地保持住，并且所述中间元件可以相对于这两个轴承环运动。滚动体3被导入到仅区段式地示出的保持架4 中。在第一轴承环1上布置有第一极靴5、在滚动体3的运行方向上相邻的第二极靴6 以及另外的第三极靴7。关于滚道2，在第一轴承环1上布置有与第一极靴5对置的第四极靴8、与第二极靴6对置的第五极靴9以及与第三极靴7对置的第六极靴10。在此，第一极靴5与第四极靴8形成第一极靴对，第二极靴6与第五极靴9形成第二极靴对，并且第三极靴7与第六极靴10形成第三极靴对。极靴5、6、7、8、9、10中的每个极靴都包括由轻的、可磁化的材料例如由软磁性材料构成的磁轭(Joch)，其中，所述磁轭由相应的线圈包围，所述线圈由电流流过，其磁场由相应磁轭的材料增强。相应极靴5、6、7、8、9、10的磁场达到滚动体3的区域中，从而使滚动体3依次到达第一极靴对区域，然后到达第二极靴对区域，最后到达第三极靴对区域。所述滚动体3中的每个滚动体都由一种如下材料构成，所述材料的磁导率明显高于滚动体3的周围环境的磁导率，尤其是，所述滚动体3中的每个滚动体都由一种软磁性材料构成，从而使滚动体3在所述三个极靴对的相应磁场中获得磁化，一旦所述滚动体3远离所述极靴对的磁场，所述磁化就基本上消失。布置在第一轴承环1上的电子控制装置11以如下方式对第一极靴对的极靴的线圈和第二极靴对的线圈加载电流，即，将在第一极靴对的第一极靴5与第四极靴8之间已基本上居中地在两个极靴之间取向的滚动体3吸向第二极靴对，从而使滚动体3在第二极靴对的第二极靴6与第五极靴9之间基本上居中地取向。在极靴对的两个极靴与滚动体之间存在闭合的磁路，在所述闭合的磁路内，可移动的滚动体3以如下方式布置，S卩，使磁阻最小化。如果磁路大约以如下方式发生变化，即，相邻的极靴对形成磁路，那么滚动体3在该相邻的极靴对中如此地取向，以使所述磁阻再次被最小化。但是，在所述相邻的极靴对中的这种取向的前提条件是，滚动体3向着相邻的极靴对运动。结果是，对极靴对的适当操控使得滚动体3基本上连续地运动，其中保持架4被夹带引导。在此，使滚动体3作为磁阻式步进电机的转子来运行，其定子由极靴5、6、7、8、9、10形成，这些极靴固定在轴承环1上。极靴5、6、7布置在第一支撑环12上，而极靴8、9、10布置在第二支撑环13上，其中，两个支撑环12、13具有由弹性材料制成的区段，借助于这些区段，支撑环12、13容纳在轴承环1上未进一步示出的沟槽中并且可固定在该沟槽中。作为沟槽例如可以设置密封槽，所述密封槽被安置在轴承环1的内罩面上，以便容纳密封元件。支撑环12、13尤其可以容纳在密封元件中并且借助于密封元件固定在轴承环1上。图2示出第一实施例的变动后的图示，其中第一极靴5设置在滚道4的第一侧上。 在第一极靴5的对面没有另外的极靴，从而未构成极靴对。滚动体3容纳在保持架4中，所述保持架在指向极靴5的侧上是敞开的，从而使第一极靴5的磁场不受保持架4的材料的干扰。第一支撑环12基本上弯折地构成并且在第一轴承环1的端面附近固定在所述第一轴承环上。第一轴承环1构成为滚动轴承的外圈。第二轴承环14抗相对转动地与未示出的轴连接；但是，易于理解的是，第二轴承环14可以缺失，从而滚动体3直接在轴的罩面上滚动。在这种情况下，轴的罩面相当于第二轴承环。在前面所描述的和在图1和图2中示出的实施例中，滚动轴承的中间元件构成为滚动体3并因此构成为磁阻式步进电机的转子，其中，磁阻式步进电机的定子包括极靴5、 6、7、8、9、10。图3示出具有第一轴承环1、第二轴承环14以及中间体的滚动轴承，所述中间体以可相对于两个轴承环1、14运动的方式容纳在轴承环1、14之间。构成为中间体并因此构成为磁阻式步进电机的转子的是保持架4，该保持架对滚动体3进行引导，所述滚动体由一种如下材料制成，所述材料仅具有很小的磁导率并因此在邻近的磁场中仅受到很少的磁化。保持架4的主体由一种如下材料制成，所述材料同样仅具有与空气相比很小的磁导率，所述材料例如由黄铜制成。为了使保持架4更好地适合作为磁阻式步进电机的转子， 在保持架4的主体上安设有软磁材料的切片15。多个切片15以如下方式彼此间隔开地布置在保持架4的主体的外罩面上，S卩，切片15突出于主体的在主体俯视图中基本上呈圆形的轮廓。在保持架4的主体上的切片15以如下方式来布置和确定尺寸，即，这些切片容纳在第一极靴对的两个极靴5、8之间。所述两个极靴5、8中的每个极靴都构成为磁轭，所述磁轭被载流的线圈包围，其中，所述线圈中的电流强度可由未示出的控制装置来调节和调整或者在时间上有针对性地将电流强度施加到所述线圈中。并未示出第二极靴对的第二极靴，所述第二极靴与另外的极靴构成磁阻式步进电机的定子。极靴5、8以及另外的极靴固定在支撑环13上，该支撑环布置在第一轴承环1上。在前面所描述的两个实施例中，带有极靴5、6、7、8、9、10的定子以及构成为转子的中间元件，即滚动体3(图1和图2)或者保持架(图3)，容纳在轴承内部，也就是容纳在如下区域中，所述区域在滚动轴承外圈的内罩面与内圈的外罩面之间形成。在两种情况中重要的是，极靴5、6、7、8、9、10在空间上靠近滚动体3的滚道2，从而在该部位上出现极靴 5、6、7、8、9、10的尽可能高的磁场。在前面所描述的两个实施例中，两个滚动轴承分别是标准滚动轴承，其中在轴承环1、14上不必进行结构上的改变来容纳定子。尤其是，两个滚动轴承的结构尺寸维持不变。前面结合实施例对发明进行了描述，其中分别对两个相邻的极靴对中的每个极靴对都施加作用，以便能够使中间元件尤其是滚动体3或者保持架4向前运动。代替这种用于操控极靴5、6、7、8、9、10的单步操作，也可以设置对每两个毗邻的极靴对共同地进行操控，尤其是当滚道2上的中间体居中地处于两个极靴对之间时。利用所述操控在单步操作中补充这种半步操作产生整步操作。本发明无论如何都不取决于构成为磁阻式步进电机的转子的中间元件是否在极靴5、6、7、8、9、10的半步操作、单步操作或整步操作或者其他操作类型中运转。在前面所描述的实施例中，滚动体3或者在保持架4的主体上的切片15是由软磁材料尤其是由软磁滚动轴承钢制成。易于理解的是，硬磁材料也可以用于中间体，当磁场关闭时，所述硬磁材料通过邻近的磁场经受保留下来的剩磁化(Restmagnetisierimg)。于是， 在滚道2的方向上相继排列的极靴5、6、7以及8、9、10中，由硬磁材料制成的中间元件分别被反复磁化。前面结合实施例对本发明进行了描述，其中滚动体3在保持架4中被引导。本发明同样针对如下情况而设置，即，滚动体3不在保持架4中被引导，而是彼此紧靠地在滚道 2上运行。在这种情况下，极靴5、6、7、8、9、10优选以与滚动体3所经过的分度圆相距某一间距的方式布置，也就是说在滚道2的侧视图中以如此程度地侧向地与滚道间隔开，即，滚动体3的端部区段以及在相邻的滚动体3的端部区段之间的空隙布置在极靴5、6、7、8、9、10 的磁场的区域中，从而使穿过滚动体的磁通实现尽可能高的改变。前面结合实施例对本发明进行了描述，其中滚动体3和带有切片15的保持架4是滚动轴承的唯一的中间元件。易于理解的是，即使在尤其是相邻的滚动体3之间布置的并且使滚动体3保持间隔开的松动的间隔体仍可以被设置为磁阻式步进电机的转子。在前面所描述的实施例中，滚动体3以及在保持架4的主体上的切片15的材料分别是软磁材料。易于理解的是，所述材料也可以是具有与空气相比更高的磁导率的陶瓷。在前面所描述的第一实施例(图1和图幻中，所述滚动体3中的所有滚动体都构成为磁阻式步进电机的转子。易于理解的是，可以仅一个或者仅一些滚动体3构成为磁阻式步进电机的转子，尤其是可以仅一个滚动体由软磁材料制成。在前面所描述的第二实施例中，保持架4区段地设有由软磁材料制成的切片15， 以便使由黄铜制成的保持架4构成为磁阻式步进电机的转子。易于理解的是，在由无磁性的、但是可磁化的材料制成的保持架或者滚动体中，磁场在需要时可以区段式地侵入 (einpragen)到滚动体、保持架或者公共的中间元件的主体中，从而可以放弃附加构件， 如在保持架4上的切片15，并且保持架4维持其原始构型。在前面所描述的实施例中，极靴5、6、7、8、9、10分别构成为磁轭，所述磁轭由线圈所包围。易于理解的是，也可以设置极靴的其他构造方式。参考标记列表1 第一轴承环2 滚道3 滚动体4 保持架5 第一极靴6 第二极靴7 第三极靴8 第四极靴9 第五极靴10 第六极靴11 电子控制装置12 第一支撑环13 第二支撑环14 第二轴承环
权利要求
1.滚动轴承，包括第一轴承环(1)；第二轴承环(14)；以及在两个所述轴承环(1、14)之间能相对于两个所述轴承环(1、14)运动地布置的中间元件，尤其是滚动体C3)或者用于所述滚动体(3)的保持架(4)；以及磁阻式步进电机，所述磁阻式步进电机包括转子和定子，其特征在于，所述定子由至少一个极靴(5、6、7、8、9、10)构成，所述至少一个极靴布置在两个所述轴承环(1、14)之间，并且所述至少一个极靴的磁场能够以电的方式加以操控，以及所述中间元件构成为所述磁阻式步进电机的转子。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述至少一个极靴(5、6、7；8,9,10) 布置在支撑环(13 ； 14)上，所述支撑环固定在所述两个轴承环(1、14)之一上。
3.根据要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，至少两个所述极靴(5、6、7;8、9、10) 成对地彼此对置地布置在所述两个轴承环(1)中的至少一个轴承环上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承，其特征在于，所述中间元件是尤其由软磁材料制成的滚动体(3)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承，其特征在于，所述中间元件是用于所述滚动体( 的所述保持架(4)，以及所述保持架(4)区段式地具有由尤其是软磁材料制成的区域。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承，其特征在于，所述中间元件构成为由尤其是软磁材料制成的、松动的间隔体，所述间隔体使相邻的所述滚动体⑶保持间隔开。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的滚动轴承，其特征在于，所述两个轴承环(1、 14)彼此预紧。
全文摘要
本发明涉及一种滚动轴承，包括第一轴承环(1)；第二轴承环；以及在两个所述轴承环(1)之间能相对于两个所述轴承环(1)运动地布置的中间元件，尤其是滚动体(3)或者用于所述滚动体(3)的保持架(4)；以及磁阻式步进电机，所述磁阻式步进电机包括转子和定子。本发明的目的是，提供一种具有磁阻式步进电机的滚动轴承，所述滚动轴承仅需要进行很小的结构上的改变，该目的根据本发明通过如下方式来实现，即，定子由至少一个极靴(5、6、7、8、9、10)构成，所述至少一个极靴布置在两个轴承环(1)之间并且其磁场能够以电的方式加以操控，以及所述中间元件构成为磁阻式步进电机的转子。
文档编号H02K7/08GK102216634SQ200980145673
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年11月21日
发明者托马斯·林克 申请人:谢夫勒科技有限两合公司